濺射靶材作為制備薄膜材料的核心原材料，在電子信息、新能源、航空航天等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用。其質(zhì)量直接決定了濺射薄膜的性能，如電阻率、透光率、致密度等關(guān)鍵指標(biāo)，因此被視為高技術(shù)領(lǐng)域的“基石”材料。隨著全球數(shù)字化進(jìn)程加速，平板顯示、半導(dǎo)體集成電路、太陽能電池等產(chǎn)業(yè)的快速擴(kuò)張，濺射靶材的市場需求持續(xù)攀升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)90年代以來，全球靶材市場規(guī)模以年均10%以上的速度增長，其中日本、美國企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，壟斷了80%以上的高端市場份額。

我國濺射靶材產(chǎn)業(yè)起步較晚，但近年來在政策扶持與市場拉動(dòng)下取得顯著進(jìn)展。國內(nèi)企業(yè)已實(shí)現(xiàn)部分中低端靶材的國產(chǎn)化，如平面顯示用鉬靶、裝飾鍍膜用鉻靶等，但高端產(chǎn)品如半導(dǎo)體用鉭靶、銦錫氧化物（ITO）靶仍高度依賴進(jìn)口。這種“大而不強(qiáng)”的局面凸顯了我國在材料提純、制備工藝、設(shè)備自主化等方面的短板。凱澤金屬系統(tǒng)整合最新研究成果，從種類劃分、應(yīng)用場景、制備技術(shù)、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢五個(gè)維度展開分析，為推動(dòng)靶材產(chǎn)業(yè)自主可控提供參考。

一、濺射靶材的種類與應(yīng)用領(lǐng)域

（一）多維度分類體系

濺射靶材的分類需結(jié)合材料特性與應(yīng)用需求，形成多維度體系：

按化學(xué)成分可分為金屬靶材、合金靶材、陶瓷化合物靶材三大類。金屬靶材包括Al、Cu、Ti、Mo等純金屬，廣泛用于電極與互連層；合金靶材如AlSi、NiCr、CoCr等，通過成分調(diào)控實(shí)現(xiàn)特定功能，如AlSi靶可抑制半導(dǎo)體中的電遷移；陶瓷化合物靶材涵蓋氧化物（ITO、SiO?）、氮化物（Si?N?）、氟化物（MgF?）等，其中ITO靶因透明導(dǎo)電特性成為顯示領(lǐng)域的核心材料。

按幾何形狀分為平面靶（長方體/正方體）、旋轉(zhuǎn)靶（圓柱體）及異形靶。平面靶利用率僅20%-30%，而旋轉(zhuǎn)靶通過360°均勻刻蝕，利用率可達(dá)80%，已成為高端生產(chǎn)線的主流選擇。例如，8.5代液晶面板生產(chǎn)線采用的鉬管靶，單套重量達(dá)3600kg，利用率較平面靶提升2倍以上。

按應(yīng)用領(lǐng)域可分為半導(dǎo)體靶材、顯示靶材、磁記錄靶材等。半導(dǎo)體靶材對純度要求最高（通常≥99.999%），如鉭靶純度需控制鈾、釷等放射性元素含量低于0.001×10??；顯示靶材以ITO、Mo靶為主，要求致密度≥95%以避免微粒飛濺；磁記錄靶材如CoCrTa，需精確控制晶粒取向以保證磁性能。

（二）核心應(yīng)用場景解析

半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域是靶材技術(shù)含量最高的應(yīng)用場景。鋁及鋁合金靶用于90nm以上節(jié)點(diǎn)的互連層，通過添加Cu、Si抑制電遷移；90nm以下節(jié)點(diǎn)則采用銅靶搭配鉭阻擋層，銅靶純度需達(dá)6N5（99.9995%）以上，以降低電阻損耗。有研億金開發(fā)的7N純度銅靶，已通過中芯國際14nm工藝驗(yàn)證。此外，鈷靶在7nm節(jié)點(diǎn)開始替代銅，其透磁率需控制在1.05以內(nèi)，確保薄膜均勻性。

平面顯示領(lǐng)域以ITO靶和金屬靶為主。ITO靶用于制備透明導(dǎo)電膜，其In?O?與SnO?的分子比需嚴(yán)格控制在93:7，致密度≥95%，否則會(huì)導(dǎo)致顯示面板出現(xiàn)亮斑缺陷。阿石創(chuàng)生產(chǎn)的ITO靶在京東方8.5代線的替代率已達(dá)30%；鉬靶作為薄膜晶體管（TFT）的柵極材料，要求晶粒尺寸≤50μm，洛陽四豐電子的鉬條靶市場占有率達(dá)60%，打破了奧地利攀時(shí)的壟斷。

磁記錄領(lǐng)域依賴Co基合金靶材。CoCrTa靶用于硬盤磁層，通過添加Ta細(xì)化晶粒至10-20nm，提升存儲(chǔ)密度；TbFeCo靶則用于磁光盤，需通過梯度成分設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)垂直磁各向異性。西南交通大學(xué)采用放電等離子燒結(jié)（SPS）技術(shù)制備的TbFeCo靶，磁光克爾旋轉(zhuǎn)角達(dá)0.3°，滿足高清存儲(chǔ)需求。

新能源與裝飾領(lǐng)域需求呈現(xiàn)多元化。太陽能電池用Mo靶作為背電極，需具備高導(dǎo)電性（電阻率≤5μΩ?cm）和耐候性；裝飾鍍膜用Ti、Cr靶則要求鍍膜外觀均勻，耐磨性達(dá)500次摩擦無脫落。新疆眾和生產(chǎn)的太陽能用鋁靶，在PERC電池生產(chǎn)線的應(yīng)用率已超50%。

二、濺射靶材的制備工藝與技術(shù)特點(diǎn)

（一）熔融鑄造法：高純度與致密化優(yōu)勢

熔融鑄造法是金屬及合金靶材的主流制備工藝，流程為：真空熔煉→鑄造→熱加工→熱處理→精密加工。其核心優(yōu)勢在于：

純度控制：通過電子束熔煉可實(shí)現(xiàn)99.999%以上純度，如霍尼韋爾的鋁靶經(jīng)三次電子束精煉，氧含量降至50×10??以下。

致密度：鑄錠致密度可達(dá)99.5%以上，避免濺射時(shí)的氣體釋放，如江豐電子的鈦靶經(jīng)真空電弧熔煉，孔隙率≤0.1%。

大型化生產(chǎn)：可制備300mm以上的大尺寸靶材，滿足300mm晶圓生產(chǎn)線需求。

典型實(shí)例包括NiCrSi高阻靶材的制備：采用真空感應(yīng)熔煉（真空度2×10?2torr），在1500℃下保溫1小時(shí)，添加0.1%-0.3%稀土元素細(xì)化晶粒，經(jīng)800℃熱處理后，靶材電阻率穩(wěn)定性提升20%。但該工藝對熔點(diǎn)差異大的合金易產(chǎn)生偏析，如Cu-Mo合金因密度差大，難以形成均勻組織。

（二）粉末冶金法：復(fù)雜成分與細(xì)晶組織的解決方案

粉末冶金法適用于難熔金屬、陶瓷及復(fù)合靶材，流程為：高純粉末制備→成形→燒結(jié)→加工。其技術(shù)突破點(diǎn)在于：

成分均勻性：可制備MoSi?、ITO等難熔化合物，如株洲冶煉集團(tuán)的ITO靶通過共沉淀法制備粉末，SnO?分布偏差≤1%。

晶粒細(xì)化：經(jīng)冷等靜壓（200-280MPa）和熱等靜壓（100-120MPa）處理，晶粒尺寸可控制在10μm以下，如西北有色金屬研究院的鎢靶晶粒達(dá)5-8μm，濺射速率提升30%。

復(fù)雜形狀制備：可生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)靶、異形靶，如廣東凱盛采用注漿成形技術(shù)制備的大尺寸ITO旋轉(zhuǎn)靶，長度達(dá)3米。

放電等離子燒結(jié)（SPS）是近年發(fā)展的先進(jìn)技術(shù)，通過脈沖電流產(chǎn)生瞬時(shí)高溫（1000-1700℃），實(shí)現(xiàn)快速致密化。西南交通大學(xué)用SPS制備的TbFeCo-Ti復(fù)合靶，燒結(jié)時(shí)間從傳統(tǒng)工藝的5小時(shí)縮短至30分鐘，且界面結(jié)合強(qiáng)度達(dá)200MPa以上。

（三）兩種工藝的對比與選擇

實(shí)際生產(chǎn)中需根據(jù)材料特性選擇工藝：鋁、銅等純金屬優(yōu)先采用熔融鑄造；ITO、MoSi?等陶瓷材料則必須采用粉末冶金；而CoCrTa等合金靶可通過“鑄造+粉末冶金”復(fù)合工藝平衡性能與成本。

三、國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與技術(shù)差距

（一）國際產(chǎn)業(yè)格局：日美歐壟斷高端市場

日本在靶材領(lǐng)域占據(jù)絕對優(yōu)勢，1990-1998年美國申請的靶材專利中，日本企業(yè)占比58%，美國占27%，德國占11%。主要企業(yè)包括：

日本JX金屬：全球最大的半導(dǎo)體靶材供應(yīng)商，銅靶、鉭靶市場份額分別達(dá)40%、35%，其5nm節(jié)點(diǎn)鈷靶已批量供應(yīng)臺(tái)積電。

美國霍尼韋爾：在高純鋁靶領(lǐng)域領(lǐng)先，純度達(dá)6N，用于英特爾先進(jìn)邏輯芯片生產(chǎn)線。

德國世泰科：難熔金屬靶材龍頭，鎢靶、鉬靶占據(jù)全球高端市場70%份額，尤其在寬幅鉬靶（1800mm×1500mm）領(lǐng)域壟斷。

這些企業(yè)通過垂直整合形成技術(shù)壁壘，如JX金屬從高純鉭粉提純到靶材成型全鏈條自主可控，研發(fā)投入占比達(dá)15%以上，遠(yuǎn)高于行業(yè)平均的5%-8%。

（二）國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀：中低端突破與高端滯后

我國靶材產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)“分散化、低端化”特點(diǎn)，企業(yè)數(shù)量超200家，但年銷售額超10億元的僅5家。主要進(jìn)展包括：

平面顯示靶材：洛陽四豐的鉬條靶在8.5代線替代率達(dá)60%，江豐電子的鋁靶進(jìn)入華星光電供應(yīng)鏈，市場份額15%。

太陽能靶材：新疆眾和的鋁靶、隆華科技的無銦靶材實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，自給率超80%。

半導(dǎo)體靶材：有研億金的鈦靶、江豐電子的鈷靶通過中芯國際驗(yàn)證，但28nm以下節(jié)點(diǎn)靶材仍依賴進(jìn)口。

技術(shù)差距主要體現(xiàn)在：

原材料純度：5N以上超純鋁、鉭粉依賴進(jìn)口，國內(nèi)產(chǎn)品雜質(zhì)含量是日本住友的5-10倍。

設(shè)備依賴：電子束熔煉爐、熱等靜壓機(jī)等核心設(shè)備80%來自德國ALD、美國PVATePla。

認(rèn)證壁壘：進(jìn)入臺(tái)積電、三星供應(yīng)鏈需2-3年認(rèn)證，國內(nèi)企業(yè)平均認(rèn)證周期比國外長6-12個(gè)月。

（三）國內(nèi)主要研究單位與成果

高校與科研院所是技術(shù)突破的重要力量：

中南工業(yè)大學(xué)：開發(fā)的ITO靶材熱等靜壓工藝，致密度達(dá)99.3%，已在彩虹光電應(yīng)用。

西南交通大學(xué)：采用磁懸浮熔煉技術(shù)制備的TbFeCo靶，磁光性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。

北京有色金屬研究總院：NiCrSi靶材添加稀土元素后，電阻溫度系數(shù)降至±50ppm/℃，用于高精度電阻器。

企業(yè)研發(fā)方面，寧夏東方鉭業(yè)的高純鉭粉純度達(dá)5N5，洛陽高新四豐的寬幅鉬靶通過京東方驗(yàn)證，正逐步打破國外壟斷。

四、技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢

（一）當(dāng)前面臨的核心技術(shù)難題

靶材利用率提升：平面靶利用率僅30%左右，旋轉(zhuǎn)靶雖提升至80%，但需攻克動(dòng)態(tài)密封技術(shù)，避免濺射過程中氣體泄漏。美國AKT公司的旋轉(zhuǎn)靶密封壽命達(dá)1000小時(shí)，國內(nèi)產(chǎn)品僅為其60%。

微粒飛濺控制：粉末冶金靶材因孔隙率高（1%-3%），易產(chǎn)生微粒飛濺，導(dǎo)致薄膜缺陷密度增加。如半導(dǎo)體用靶材要求每平方厘米微粒數(shù)≤10個(gè)，國內(nèi)產(chǎn)品普遍超50個(gè)。

結(jié)晶取向調(diào)控：靶材晶粒取向影響薄膜均勻性，如ITO靶需（400）晶面取向占比≥70%，國內(nèi)產(chǎn)品偏差較大，導(dǎo)致顯示面板亮度不均。

大型化與一致性：8.5代線用靶材尺寸達(dá)2650mm×210mm×18mm，國內(nèi)產(chǎn)品的厚度偏差±0.1mm，而日本住友可控制在±0.05mm。

（二）未來發(fā)展方向

材料體系創(chuàng)新是核心突破口：

稀土摻雜改性：在Ag靶中添加Sm、Dy等稀土元素，可將薄膜耐腐蝕性提升3倍，日立金屬的稀土Ag靶已用于有機(jī)EL顯示器。

無銦替代材料：銦資源稀缺推動(dòng)ZnO-Al（ZAO）靶研發(fā)，西南交通大學(xué)的ZAO靶透光率達(dá)85%，電阻率≤5×10??Ω?cm，有望替代ITO。

梯度功能靶材：采用SPS技術(shù)制備的TbFeCo-Ti梯度靶，實(shí)現(xiàn)磁性能與力學(xué)性能的協(xié)同優(yōu)化，存儲(chǔ)密度提升至2Tb/in2。

工藝與設(shè)備升級(jí)是關(guān)鍵支撐：

智能化制備：引入機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化燒結(jié)參數(shù)，如阿石創(chuàng)的ITO靶生產(chǎn)線通過工藝參數(shù)建模，合格率從70%提升至90%。

設(shè)備自主化：開發(fā)國產(chǎn)熱等靜壓機(jī)（壓力精度±0.5%）、輝光放電質(zhì)譜儀（檢測限≤1ppb），降低對進(jìn)口設(shè)備的依賴。

回收利用技術(shù)：鉬靶回收率可達(dá)95%，洛陽鉬業(yè)建立的回收體系年減少鉬精礦進(jìn)口1000噸。

產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建需多方協(xié)同：

聯(lián)合認(rèn)證平臺(tái)：參考京東方與江豐電子的合作模式，建立國產(chǎn)靶材驗(yàn)證中心，縮短認(rèn)證周期至12個(gè)月。

專利布局：針對稀土摻雜、梯度靶材等方向加強(qiáng)專利保護(hù)，突破日美專利壁壘。

標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)：制定靶材純度、致密度等關(guān)鍵指標(biāo)的國家標(biāo)準(zhǔn)，如半導(dǎo)體用鉭靶的氧含量≤300×10??。

全文總結(jié)

濺射靶材作為高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵材料，其發(fā)展水平直接關(guān)系我國產(chǎn)業(yè)鏈安全。當(dāng)前，我國已在平面顯示、太陽能等中低端靶材領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，但半導(dǎo)體用高端靶材仍受限于日美企業(yè)的技術(shù)壟斷。通過對種類、應(yīng)用、制備工藝的系統(tǒng)分析可見，我國與國際先進(jìn)水平的差距主要體現(xiàn)在原材料純度、設(shè)備自主化、認(rèn)證體系等方面。

未來發(fā)展需聚焦三大方向：一是材料創(chuàng)新，重點(diǎn)研發(fā)稀土改性、無銦替代等新型靶材，突破資源約束；二是工藝升級(jí)，推廣粉末冶金、放電等離子燒結(jié)等先進(jìn)技術(shù)，提升靶材致密度與均勻性；三是生態(tài)構(gòu)建，通過聯(lián)合認(rèn)證、專利布局、標(biāo)準(zhǔn)制定，形成“研發(fā)-生產(chǎn)-應(yīng)用”的完整鏈條。

隨著國內(nèi)企業(yè)研發(fā)投入的持續(xù)加大（預(yù)計(jì)2025年行業(yè)研發(fā)占比達(dá)10%）和政策扶持的深化，我國濺射靶材產(chǎn)業(yè)有望在“十四五”期間實(shí)現(xiàn)高端突破，半導(dǎo)體靶材國產(chǎn)化率提升至50%以上，為電子信息產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)支撐。

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